什么是比特币 Layer-2 以及它们如何工作？

比特币第 2 层是构建在比特币区块链之上的协议。它们通过处理主区块链上的交易来为比特币网络提供可扩展性。

此外，这些协议还可以解决其他技术难题，并为比特币提供功能，例如增强可编程性、改善隐私性或解锁新的实用程序。目前主要的比特币扩容解决方案包括闪电网络、Rootstock、Stacks、Liquid Network 和 Rollups。

为什么比特币需要 Layer-2？

比特币目前是最受认可和资本化的数字资产，因其作为价值储存的品质而被称为“数字黄金” 。虽然比特币区块链最初被设计为安全且去中心化的支付系统，但其局限性使其迄今为止未能得到更广泛的采用。 

比特币网络面临可扩展性问题，并遭受交易速度慢、吞吐量低和交易成本上升的困扰。与其他区块链相比，它在设定的时间范围内处理大量交易数据的能力有限。比特币的平均区块创建时间为 10 分钟，平均吞吐量为每秒 7 笔交易 (tps)——只是 Visa 或Solana等其他区块链的一小部分。

与此同时，网络拥堵推高了交易费用。作为参考，2016 年比特币的平均交易费用约为 0.07 美元。目前，这一数字已跃升至31 美元，并在 2021 年 4 月创下近 63 美元的历史新高。

此外，由于其脚本语言有限，比特币不支持像以太坊那样复杂的智能合约功能。比特币的基础层并不是专门为开发智能合约和应用程序而设计的，因为它最初是作为点对点（P2P）数字支付系统创建的。换句话说，到目前为止，比特币区块链上几乎没有开发出去中心化金融（ DeFi）和不可替代代币（NFT ）的功能。这就是第 2 层的用武之地。

什么是比特币第 2 层？

比特币第 2 层解决方案是指构建在比特币基础层之上的协议。这些协议的开发目的是通过处理主区块链（主链）之外的交易来为比特币网络提供可扩展性。它们还可以解决其他技术难题并为比特币提供额外的功能。

这些 Layer-2 可以帮助提高比特币的整体性能，同时受益于其安全性和网络效应。

这些比特币第 2 层解决方案的优点包括： 

• 通过帮助克服比特币在交易吞吐量、区块确认时间和交易成本方面的限制来提高可扩展性。
• 通过实施复杂的智能合约功能增强了可编程性。
• 继承了比特币网络提供的高级安全性，因为基础层保持不变。
• 扩展了比特币的功能，解锁其他垂直领域的新实用程序，例如支付、DeFi、NFT 和其他市场场所。 

基于比特币的协议，如闪电网络、Rootstock、Stacks、Liquid Network 和比特币汇总项目，为比特币网络带来了可扩展性和可编程性。总的来说，它们展示了网络下一阶段的增长可能会是什么样子。

以下是其功能的概述：

最常用的比特币 Layer-2

用于即时比特币支付的闪电网络

闪电网络是建立在比特币区块链之上的第 2 层支付协议。它被设计为一种可扩展性解决方案，旨在使用支付通道处理链下比特币小额支付来减少网络拥塞。闪电网络允许在想要进行交易的两方之间直接建立通道，从而能够绕过主区块链。 

闪电网络可以实现多项交易，无需在比特币主链上进行全球共识和确认。因此，交易几乎是即时的，而且费用也较低。迄今为止，它为比特币的可扩展性问题提供了有效的解决方案，能够轻松处理大容量交易。  

多方交易和支付路由通过散列时间锁定合约（HTLC）在闪电网络上安全地进行，HTLC 是一种智能合约，一旦在特定时间段（或区块时间）内满足特定条件，接收者就可以接收资金。 

砧木可实现更快、更便宜的交易

Rootstock是一种 Layer-2 解决方案，通过在主比特币区块链上进行处理，可以实现更快、更便宜的交易。它是一个基于以太坊虚拟机（EVM ）模型的智能合约平台，但通过侧链连接到比特币区块链。

Rootstock区块链采用工作量证明（PoW）共识机制，通过合并挖矿来开采区块，在这一过程中，矿工可以同时开采比特币和Rootstock，同时使用相同的哈希算法并共享相同的计算能力。Rootstock 的区块确认时间约为 30 秒，吞吐量约为10 至 20 tps。Rootstock 中的交易在发送到比特币基础层进行结算之前经过确认和捆绑。 

作为一个智能合约平台，Rootstock 通过实现智能合约功能扩展了比特币的功能，以实现进一步的可编程性和实用性。它还通过基于 EVM 的 RSK 虚拟机 (RVM) 促进与以太坊的互操作性。它支持在 Rootstock 上执行以太坊智能合约以及与以太坊应用程序的互操作性。RVM 还使开发人员能够使用以太坊的智能合约编程语言Solidity进行编码。 

Rootstock 的另一个关键功能是它使用RSK 基础设施框架(RIF)，该框架提供了一组去中心化基础设施服务，开发人员可以使用这些服务在 Rootstock 网络上构建和部署去中心化应用程序 ( dapp )。 

比特币智能合约堆栈

Stacks是一个开源的 Layer-2 区块链，它将智能合约和 dapps 引入了比特币区块链。它对微块的支持可以加快交易处理速度并提高吞吐量。

客观来看：比特币区块链的工作时间约为 10 分钟，而微区块可以在几秒钟内传达交易状态，这有助于减少与 Stacks 区块链交互的延迟。 

Stacks 还通过传输证明 ( PoX ) 与比特币交织在一起，这是一种创新的共识模型，允许每笔 Stacks 交易在比特币的基础层上结算。这意味着 Stacks 的区块本质上与比特币区块相关，并继承了比特币的安全性（不以任何方式改变比特币网络）。

通过 Liquid Network 提高网络性能

Liquid Network 是一个 Layer-2 侧链，旨在提高比特币网络的性能和功能。Liquid 最初的目的是成为一个扩展解决方案和一个资产发行平台，它独立于比特币运作，有自己的全球账本和共识机制。 

Liquid 能够在两分钟内确认交易，并具有60 秒的出块时间和两个区块的最终确定性。这使得它的交易吞吐量明显快于比特币网络，这对于想要进行时间敏感交易的用户来说是一个关键方面。 

Liquid 运行在一种称为“强联盟”的共识机制上，该机制依赖于其成员子集（一组加密原生组织）（称为“职能人员”）来验证交易和签署区块。该系统减少了 Liquid 的确认时间，而中心化结构则负责链的治理和改进的性能。

比特币上的汇总

除了 Layer-2 之外，rollups 是扩展比特币的另一种选择。

Rollup主要通过链下处理交易来协助扩展第 1 层区块链（例如以太坊）；将多个交易捆绑在一起成为一个单一交易；并将其发送回主链。此过程允许区块链像单个交易一样保护汇总的交易批次，从而帮助网络处理更多交易。

多年来，社区一直在探索如何将这种方法直接应用于比特币，如今的解决方案以有效性和主权汇总的形式出现。根据研究，有效性汇总有可能帮助将比特币的交易吞吐量提高多达 100 倍，这也可以应用于闪电网络。他们可以实现一个支持更灵活的智能合约语言的执行环境，并增强比特币上的智能合约功能，而无需将复杂性转移到主链。 

比特币的另一种汇总类型是主权汇总。与以太坊网络中的Optimistic 和 ZK rollups不同，主权 rollups 不使用结算层或需要智能合约。他们管理自己的执行和结算，并且仅使用底层第一层区块链来达成共识和数据可用性（与依赖区块链来确定汇总有效性的其他汇总类型不同）。 

一般来说，比特币上的汇总还处于实验阶段，仍处于起步阶段。在将汇总应用于比特币方面还有很多事情有待观察。

比特币 Layer-2 的挑战

比特币第 2 层为比特币网络的一些限制提供了解决方案。然而，他们也面临着一系列独特的挑战。 

例如，闪电网络可能会遇到有关路由支付和路由流动性的问题。具体地，当路由节点没有足够的开放通道到其他好的路由节点时，路由的可靠性可能会受到损害。在其他情况下，当各方最终使用有故障的节点而甚至没有意识到存在问题时，他们可能会遇到不明原因的支付路由失败。此外，没有足够路由流动性或资金的渠道最终可能会导致支付失败。

与比特币的基础层相比，像 Liquid Network 这样的 Layer-2 解决方案可以被认为是高度中心化的。比特币有数千名分布式矿工负责区块生产和保护网络安全，而 Liquid 运行一个联邦系统，其中只有 15 名工作人员签署交易并保持网络运行。

理论上，这减少了 Liquid 的确认时间，但其中心化设计意味着它受到少数方的控制。 

关于比特币 Layer-2 的最后一句话

闪电网络、Rootstock、Stacks 和 Liquid Network 只是当今比特币扩容解决方案的几个例子。与 Rollups 和其他新兴的 Layer-2 解决方案一起，这些协议都为比特币网络提供了价值，并有可能帮助推动更广泛的比特币生态系统的采用。 

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